一种促进华北落叶松人工林天然更新的方法

技术领域

本发明涉及森林管理技术领域，具体涉及一种促进华北落叶松人工林天然更新的方法。

背景技术

华北落叶松是中国特有的松科落叶松属高大乔木，是华北地区高山针叶林带中的主要森林树种。河北省华北落叶松面积388.25万亩，主要是上世纪六七十年代所造，大部分林分已进入成熟期，集中分布于承德和张家口地区，是冀北地区的主要生态和用材树种。华北落叶松人工林在河北省国土绿化和生态服务中发挥着重要作用，但普遍存在天然更新能力差、更新苗难以成树、难以形成异龄复层结构的现象。华北落叶松人工林天然更新不良已经成为森林质量精准提升过程中的瓶颈问题，严重影响了森林的正向演替和可持续经营。

经多年调查研究，华北落叶松天然更新困难主要有以下几个原因：一是林分初植密度过大，间伐抚育滞后，林内适宜于幼树生长的光照条件不足。二是落叶松人工林为同龄林，径级结构一致，缺乏垂直层次，对上层空间竞争激烈，郁闭度较大，幼树没有充足的生存空间。三是林内枯落物蓄积较厚，分解缓慢，严重阻隔落叶松种子与土壤的接触，在枯落物中发芽种子由于根系达不到土壤，次年死亡率达80％以上。四是纯林中树种单一，生物多样性低，枯落物种类单一，不利于枯落物快速分解返还土壤养分。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种促进华北落叶松人工林天然更新的方法，该方法从改善林分光照条件、提升林分径级结构多样性、清除枯落物阻隔、改善土壤条件等方面促进华北落叶松人工林天然更新，实现森林正向演替，提升森林资源可持续性。

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明提供一种促进华北落叶松人工林天然更新的方法，其包括联合采取如下措施：

A、抚育间伐，开窗透光

对郁闭度＞70％的华北落叶松成熟林进行抚育间伐，开窗透光，间伐后郁闭度保持在60％-70％；对郁闭度≤70％的不予处理；间伐时，在均匀间伐的原则下，采伐强度采取10株间n株的措施；n计算方法如下：

n＝(10×S)/100

式中：S为采伐强度，％；n为间伐株数，株；

B、径级调控以提升径级结构多样性，增加垂直层次

调查待抚育林分当前胸径分布情况，按照植株胸径分成若干径级，分别统计各径级的植株数量N

按照采伐后各径级植株的剩余数量趋近于一致的原则，将总间伐株数N分摊到各个径级；

措施B和措施A结合进行，在二者冲突时措施B优先于A；

C、清除枯落物阻隔，促进种子萌发定居

将华北落叶松林下枯落物按照块状或带状清除，使土壤裸露，清除后的枯落物堆积于裸露土壤的下坡向边缘以利于吸水保水和阻隔地表径流，对土壤进行破土；

D、加速枯落物分解，培肥林地土壤

采取人工喷洒秸轩腐熟剂的措施加速华北落叶松林下枯落物分解。

根据本发明的较佳实施例，措施B中，在统计得到各径级的植株数量N

根据本发明的较佳实施例，措施B中，测定的植株胸径分成4-10个径级；分级区间以3-5cm为一级。

根据本发明的较佳实施例，措施B中，按照＜5cm、5-10cm、10-15cm、15-20cm、20-25cm、＞25cm分为6个径级范围，每个径级的植株数量分别是N

根据本发明的较佳实施例，措施B的径级调控和措施A的抚育间伐结合进行，且措施B优先于措施A。

根据本发明的较佳实施例，措施C中，在清除华北落叶松林下枯落物时，所述块状清除是指清除出来的裸露土壤地块按照网格状等距分布，使裸露土壤地块位于4棵植株的中间位置，裸露土壤地块到四棵植株的距离相等；清除枯落物的深度为达到腐殖质层且保留腐殖质层。

优选地，所述裸露土壤地块为正方形、长方形或圆形为主，面积按照1/3-1/2植株株距×行距确定，或者按照密度由下式确定：

S’＝a×(10000/p)

式中：S’为清除块面积,m

根据本发明的较佳实施例，措施C中，在清除华北落叶松林下枯落物时，所述带状清除是指清除出来的裸露土壤带为沿等高线的连续分布，裸露土壤带位于两行植株中间，其宽度为行距1/3-1/2；清除枯落物的深度为达到腐殖质层且保留腐殖质层。

根据本发明的较佳实施例，措施C中，在清除华北落叶松林下枯落物后，在裸露土壤地块或裸露土壤带上进行翻耕松土，翻耕深度以5-10cm，以利于华北落叶松种子扎根土壤中萌发定居。

根据本发明的较佳实施例，措施D中，将1-2质量份的秸秆腐熟剂与20-30质量份林下土壤均匀混合，于雨后均匀撒入落叶松枯落物中，施入量50-80kg/hm

优选地，秸轩腐熟剂选择市面上成熟在售产品，其微生物活性成分主要为真菌，以木霉属、青霉属、弯颈霉属、轮枝霉属、毛霉属为主，微生物含量≥2亿个/g。

本发明的有益效果是：

经实地考察分析，华北落叶松人工林密度过大，空间竞争激烈、径级同一化，垂直层次不完整、枯落物分解缓慢阻隔幼苗扎根土壤等是影响林分天然更新困难的根本原因，为此本发明的方法基于合理密度的抚育间伐，开窗透光，保证林下幼树生长的光照条件；结合抚育间伐尽可能提升径级结构多样性，增加垂直层次；按一定规则人工清理枯落物，裸露土壤并破土，促进种子萌发定居；在枯落物中混合土壤或喷洒秸秆腐熟剂，促进分解，培肥土壤等一系列技术措施，切实解决目前存在的问题，有效解决华北落叶松人工林天然更新不良问题，对促进森林正向演替，形成异龄复层结构和提升森林资源可持续方面有重要意义。

相较于人工造林更新法，本发明的方法使林分的年龄结构、径级结构、垂直层次更合理，有助于形成异龄复层的林分结构和稳定可持续的森林生态系统，实现森林资源的永续利用。相较于单一的枯落物清理裸露地面的做法，本发明可保证一定数量的幼苗最终成树，前者由于忽略林分的空间竞争和光照条件，最初几年成活率较高，但后期生长到一定高度，在激烈的空间竞争下仍会大量死亡(经多年调查发现，即使生长到胸径10cm左右的幼树，在激烈竞争下仍会凋亡)；因此清理枯落物露出地面的措施必须配合空间结构调整才能保证落叶松天然更新的可持续性。另外，本发明的方法可加速林下枯落物分解，培肥林地土壤；在促进落叶松天然更新的同时，有效控制水土流失；通过枯落物规则化的清理，使落叶松天然更新幼苗分布更均匀。相较于人工造林法，本发明的方法不仅可提升森林资源可持续性经营，且更节约成本，间伐收获林木材积更大，经济效益更好。

本发明从林分光照、结构、土壤、养分等层面形成技术体系，方法科学严谨、互为依托，有效解决华北落叶松人工林天然更新难的问题。本发明的方法尤其适宜于华北落叶松生态公益林经营应用。

附图说明

图1为本发明措施B中径级调控时确定各径级的间伐株数流程图。

图2为本发明措施C中按块状清除华北落叶松林下枯落物的示意图。

图3为本发明措施C中按带状清除华北落叶松林下枯落物的示意图。

图4为实施例1中经调查统计的华北落叶松人工林径级分布情况。

图5为实施例1经间伐径级调控的华北落叶松人工林径级分布情况。

具体实施措施

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施措施，对本发明作详细描述。

为了解决华北落叶松人工林天然更新难的问题，经发明人多年考察研究原因，从四个方面提出对策，A、抚育间伐，开窗透光，保证林下幼树生长的光照条件；B、结合抚育间伐尽可能提升径级结构多样性，增加垂直层次；C、按一定规则人工清理枯落物，裸露土壤并破土，促进种子萌发定居(扎根土壤)；D、在枯落物中混合土壤或喷洒秸秆腐熟剂，促进分解，培肥土壤等一系列技术措施，促进华北落叶松人工林天然更新，实现森林正向演替。

上述四种措施联合进行，具体优选方式如下：

A、抚育间伐，开窗透光

对郁闭度＞70％的华北落叶松成熟林进行抚育间伐，开窗透光，间伐后郁闭度保持在60％-70％，郁闭度不超过70％的不予处理；在均匀间伐的原则下，采伐强度采取10株间n株的措施；n计算方法如下：

n＝(10×S)/100

式中：S为采伐强度，％；n为间伐株数，株；

关于采伐强度，其基本定义是(现有密度-目标密度)/现有密度*100％。具体地，现有密度可根据对抚育林的调查测定得到，而目标密度为确定的参数，目标密度可根据目标郁闭度(60-70％)进行小规模实地试验确定，或者根据水资源承载能力确定，例如可参照申请人在先专利申请公开号CN113919747A“一种基于林水关系的合理林分密度的确定方法”所记载的方法确定当前林分的合理密度。

B、径级调控以提升径级结构多样性，增加垂直层次

华北落叶松人工林虽然大部分植株径级相近，但由于长期竞争和少量自然更新，也存在少部分径级分异明显的植株。为增加径级结构多样性和垂直层次，这些径级分异明显的植株是需要着重保留的植株。本处理措施的具体步骤为：先调查和统计待抚育林分当前径级分布情况，按照不同胸径分成若干(如4-10个)径级，分别统计各径级的植株数量N

确定各径级的间伐株数的计算流程如图1所示(以6个径级范围为例)：图中N为间伐总株数；Ni为第i径级株数，N

例如，可按照＜5cm、5-10cm、10-15cm、15-20cm、20-25cm、＞25cm分为6个径级范围，分别统计各径级范围的植株数量，再按照各径级植株数量从大到小排序，假设前述6个径级株数中＞25cm径级的株数N

最终计算结果如出现小数，在优先保留小径级植株后取整。在无法完全一致的情况下，则优先采伐大径级的植株，保留小径级的植株后取整。该方法在落叶松人工林中基本前3个径级范围即可满足间伐总株数N。该项工作要结合抚育间伐进行，径级调控在措施中优先于抚育间伐方式。

C、清除枯落物阻隔，促进种子萌发定居

通过清除林下枯落物打破枯落物阻隔，促进种子扎根土壤。具体是将华北落叶松林下枯落物按照块状或带状清除，使土壤裸露，清除后的枯落物堆积于裸露土壤的下坡向边缘，以利于吸水保水和阻隔地表径流。优选地，块状或带状清除分别如下述，两种方式可结合运用也可单独运用，当地形较平坦或植株分布规则时按照块状方式对林下枯落物进行清除，若地形坡度较大或植株分布不太规则时则按照带状方式对林下枯落物进行清除。

(1)块状清除枯落物。块状清除按照网格状等距分布，清除块间距视林分株行距决定，一般分布于相邻4株树的中间位置(清除块到4株树的距离相等)，即林窗位置(如图2所示)，清除深度以达到腐殖质层为宜，但保留腐殖质层，以保证土壤肥力和保水性，以促进周围的植株所落下的种子能在此处获得足够营养和水分，从而萌发扎根，长成幼树。清除块以正方形、长方形或圆形为主，面积按照1/3-1/2(株距×行距)确定，或者按照密度由下式确定：

S’＝a×(10000/m)

式中：S’为清除块面积(m

通过清除枯落物，使林窗位置土壤裸露出来，同时限定了清除块土壤的尺寸大小，一来可保证长出的幼树与周围4株大树间保持较大间距，有利于减小周围大树对清除块上长出的幼树早期生存空间的挤压，保证幼树获得足够养分和阳光、成活长高。此外，按照这种方式清除林下枯落物，使得若干年后长大的幼树能相对均匀分布，有效利用生长空间，为后续落叶松林的持续更新提供空间和条件，为保证天然的持续性更新产生良性循环效应。

(2)带状清除枯落物。

带状清除是指清除出来的裸露土壤带为沿等高线的连续分布，且尽量使裸露的土壤带位于两行植株中间(如图3所示)，土壤带的宽度为四周林木行距的1/3-1/2；清除枯落物的深度为达到腐殖质层但保留腐殖质层(保证土壤肥力和保水性)。

在按照块状或带状清除华北落叶松林下枯落物后，为了给华北落叶松种子萌发、生根提供更好的土壤条件，需将块状或带状清除枯落物后裸露土壤进行翻耕松土，翻耕深度以5-10cm为宜。

带状清除后堆积的枯落物堆积带在坡上形成连续的拦水(吸水)带，可减少坡面雨水径流和坡面土壤表层养分的流失。此外，带状清除有利于后续对裸露土壤带使用机械化翻耕作业和松土。但块状清除时，由于块状裸露土壤并不相连，因此机械设备不易移动和连续化翻耕。因此，带状清除和块状清除模式都各有优势。

在实际操作过程中，还可结合运用上述两种清除枯落物的方式，以综合两者优势。再或者，可按照块状清除林下枯落物，在4株植株中间(林窗位置)裸露出土壤并破土翻耕，并将清除过程中收集的林下枯落物以连续的枯落物堆积带堆积在块状裸露土壤下方，优选地枯落物堆积带沿着等高线连续摆放，以形成连续的拦水(吸水)带，可减少坡面雨水径流和坡面土壤表层养分流失。

D、加速枯落物分解，培肥林地土壤

华北落叶松林枯落物分解缓慢，主要有以下几个原因：一是林分密度过大，林下物种多样的低，枯落物种类单一，不利于分解；二是枯落物蓄积较厚，土壤微生物难以进入枯落物中上部位，影响分解；三是华北落叶松分布区冬长夏短，气候寒冷，微生物活性较低。

针对以上原因，在措施A(林分抚育间伐)和措施B(径级结构调控)实施后，林内水分和光照条件进一步改善，植物空间竞争削弱，一部分阔叶先锋树种将逐步出现，物种多样性将大幅提高，枯落物种类将逐步丰富，不同种类枯落物混合有助于促进其分解。

而针对枯落物蓄积厚和微生物活性低的问题，可采取人工喷洒秸轩腐熟剂的方式加速其分解。具体地，将1-2质量份的秸秆腐熟剂与20-30质量份的林下土壤先均匀拌和，于雨后均匀撒入落叶松枯落物中，施入量50-80kg/hm

优选地，秸轩腐熟剂选择市面上成熟在售产品，其微生物活性成分主要为真菌，以木霉属、青霉属、弯颈霉属、轮枝霉属、毛霉属为主，微生物含量≥2亿个/g。

以下结合本发明的具体实施例进行说明。

实施例

经本发明的方案在河北省小五台山国家级自然保护区王喜洞林场华北落叶松林进行应用，应用面积4.0hm

本实施例为华北落叶松人工林天然更新，实施了如下措施：

(1)抚育间伐，开窗透光。当前林分郁闭度较高，林内水热条件对中小径级幼树生长及幼苗更新极为不利，急需抚育间伐，开窗透光。根据小规模实地试验，确定间伐强度为38.5％，目标密度600株/hm

(2)提升径级结构多样性，增加垂直层次。对林分进行每木检尺，测定胸径、坐标。按照＜5cm、5-10cm、10-15cm、15-20cm、20-25cm、＞25cm分为6个胸径等级，径级分布情况见图4。根据间伐强度和林分现有密度确定每公顷需间伐375株。按图1流程进行径级结构调控，当前需要间伐的径级为20-25cm、＞25cm径级，分别择伐337、38株，共计达到375株，调控后径级分布情况见图5。该项工作要结合抚育间伐进行，径级调控在措施中优先于抚育间伐方式。

(3)打破枯落物阻隔，促进种子萌发定居。将华北落叶松林下枯落物按照长方形块状清除，边长2.0m×3.0m，面积6m

(4)人工投加腐熟剂加速枯落物分解，培肥林地土壤。将2质量份秸秆腐熟剂均匀混合30质量份林下土壤，于雨后均匀撒入落叶松枯落物中，施入量70kg/hm

(5)实施效果

按照前述措施，实施5年后，于第6年春季通过跟踪调查处理林分与未处理相邻林分(CK)，发现处理林分在幼苗保存、植株生长和枯落物分解等方面取得显著效果，具体数据参见表1-4。

表1实施5年后华北落叶松更新效果

注：1a：2a：3a：4a：5a表示幼苗1年生：2年生：3年生：4年生：5年生。

表24-5年生华北落叶松更新幼苗分布

表3实施5年后华北落叶松林植株自然死亡情况

表4实施5年后华北落叶松林下枯落物分解情况

如上表所记载，按照本实施例的方法处理后，华北落叶松幼苗量平均369株/hm

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。